книги / Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры

6. Основы проектирования ТП в производстве ЭА

ся гистограмма и полигон распределения параметров (рис. 6.5). Устанавли­ вается характер кривой распределения, исходя из критериев подобия Кол­ могорова. Вид кривой распределения зависит от характера погрешностей. Случайная погрешность подчиняется закону нормального распределения (закон Гаусса). Так, при работе на настроенных станках распределение слу­ чайных погрешностей имеет нормальный вид.

Кривые распределения случайных погрешностей характеризуются

средним размером и средним квадратичным отклонением. Средний размер Гер определяют по формуле

_ Г, + Г2 + ... + Lfj _ 1 g ..

N ~ N h L‘>

где L \,L 2, ...,L N — размеры отдельных деталей; N — общее количество де­ талей в партии.

Среднее квадратичное отклонение с определяется выражением

где х,- Г, Гер.

202

6.4. Технологические процессы и качество ЭА

При вычислении значения Lcp и о в случаях большого числа размеров и партии удобнее группировать детали по интервалам размеров и проводить

где к — число интервалов; L\, Ь2, LK — размеры, соответствующие каж­ дому интервалу; л ь n2,...nt — количество деталей в каждом интервале; и, + и 2 + ... +пк - N .

Для определения вероятностных характеристик важную роль играет ко­ личество деталей, которые нужно измерить, чтобы получить значения характе­ ристик с достаточной степенью точности и достоверности. Для практических целей обычно бывает достаточно измерения 50... 100 деталей. В тех случаях, когда столько деталей получить невозможно, вероятностные характеристики определяются по меньшему N, точность и достоверность результатов необхо­ димо оценивать на основании методов математической статистики.

Ошибку е при определении среднеквадратического значения вычис­ ляют по формуле

а при определении среднеарифметического значения

203

6.Основы проектирования ТП в производстве ЭА

Взависимости от значения о форма кривой нормального распределе­ ния меняется. Чем меньше а , тем уже кривая и поле рассеивания меньше; чем больше о, тем кривая более пологая и поле рассеивания растет.

Кривая нормального распределения, асимптотически приближаясь к оси абсцисс, стремится к бесконечности в обе стороны, но, так как вне пре­ делов промежутка ±Зо она почти сливается с осью абсцисс, то с достаточ­ ной для практики точностью теоретическую кривую заменяют кривой с по­

Площадь, ограниченная кривой нормального распределения и осью абсцисс, равна

+оо х2

Пользуясь кривой распределения погрешностей, можно найти вероят­ ное количество годных деталей, на размер которых установлен определен­ ный допуск 8.

Вся площадь, ограниченная кривой распределения погрешностей, оп­ ределяет полное количество деталей, обработанных при постоянной на­ стройке оборудования.

Площадь кривой, соответствующая заданному интервалу отклонений х, определяется интегралом

Этот интеграл обычно представляют в виде функции Ф(г), причем

Дифференцируя это выражение, получим dx = adz. Подставляя значе ния z и dx, получаем

о

Величина Ф(г), называемая интегралом вероятностей Лапласа, для различных z приводится в справочной литературе.

Так как вся площадь, ограниченная кривой, равна единице, то значе­ ние Ф(г) определяет вероятность получения размера в пределах ±х. При

204

6.4. Технологические процессы и качество ЭА

Рис. 6.7. Обеспечение работы без брака:

а — увеличением поля допуска; б — улучшением качества техпроцесса

симметричном расположении поля допуска относительно поля рассеивания процент брака Р можно определить по формуле

7> = [1 - Ф(г)] 100 %.

Чтобы не было брака, следует либо увеличить допуск б, чтобы б' > 6а (рис. 6.7, а), либо изменить ТП и уменьшить разброс погрешностей 6а ' (рис. 6.7, б).

Если имеет место систематическая постоянная погрешность, скажем, настройки оборудования Дн, то форма кривой распределения нс меняется, а происходит ее смещение на величину данной погрешности (рис. 6.8, а). Ес­ ли смешать две партии деталей, изготовленных при различных настройках

205

те ожидаемого брака. Данный метод не учитывает последовательность об­ работки деталей, и отделить случайные погрешности от систематических не удается. Если это требуется и необходима большая наглядность в динамике погрешностей, используются точечные диаграммы (рис. 6.9). Замеряют па­ раметры изделий в порядке их изготовления и наносят на диаграмму.

На точечной диаграмме видна динамика изменения параметра и пери­ од, когда параметр выйдет за поле допуска, т. е. когда следует провести поднастройку.

Однако такое построение трудоемко и неудобно. На практике замеряет­ ся группа параметров от 5— 10 штук в последовательности их изготовления, определяется их среднее значение и наносится на диаграмму (рис. 6.10).

Получаем диаграмму статистического контроля, которая дает воз­ можность работать без брака, так как время появления параметров, выходя­ щих за контрольную зону А, видно по диаграмме. Контрольная зона А меньше поля допуска из-за малой величины выборки для определения сред-

6а

него значения параметра на величину —j= поля рассеивания среднегруппо-

ыт

вых значений параметров, где т — величина выборки (т = 5— 10). Точностные диаграммы (рис. 6.11) — это дальнейшее развитие точеч­

ных диаграмм, которые дают более точную картину изменения погрешно-

Рис. 6.10. Пример построения диаграммы статистического контроля параметра

206

6.4. Технологические процессы и качество ЭА

стей во времени и выявить закономерность изменения переменных система­ тических погрешностей.

Порядок построения точностных диаграмм такой же, как и для точеч­ ных диаграмм, но выборки последовательно замеряемых параметров увели­ чиваются до 25 в группе. Для данной выборки строится кривая распределе­ ния, и определяются основные статистические параметры: среднее и сред­ неквадратичное отклонение, поле рассеивания и т. д.

Точностная диаграмма дает возможность установить закон распреде­ ления параметров во всей партии изделия для конкретного технологическо­ го процесса. Например, Iq, ~ Я п) — закон изменения среднеарифметических значений параметра.

Статистические методы позволяют вскрыть источники погрешностей, возникающих в процессе производства, определить закон изменения систе­ матических, величины этих погрешностей и время поднастройки работы оборудования.

М етоды получения заданной точности

Среди методов получения заданной точности при изготовлении дета­ лей и узлов отметим два: метод пробных проходов и промеров и метод ав­ томатического получения параметров (размеров).

Метод пробных проходов и промеров используется в единичном и мелкосерийном производствах для универсального оборудования. Суть ме­ тода рассмотрим на примере получения катушки определенного сопротив­ ления. По расчету необходимо намотать на каркас количество витков W, чтобы получить сопротивление R ±5 %.

На намоточном станке после намотки W витков замеряют сопротивле­ ние, и, допустим, получили сопротивление больше указанного, тогда отма­

207

6. Основы проектирования ТП в производстве ЭА

На рис. 6.12 приведен пример получения размера L^ автоматическим методом при шлифовании подложки. Необходимо определить величину на­

партии деталей часть деталей, равная по количеству За, уйдет в брак (за­ штрихованная часть). Следовательно, минимальный настроечный размер необходимо увеличить на За:

Vншш =Lтот +3а.

Аналогично для определения максимальной границы настроечного размера будем иметь (рис. 6.13) Кшт = Zmax - За. В этом случае допуск на

Рис. 6.13. К расчету настроечного размера

208

6.4. Технологические процессы и качество ЭА

настройку б' = 5 - 6а. Однако следует иметь в виду, что настройка ведется по замеру т = 3— 5 пробных деталей, а это дает разброс математического

ожидания на -т2 г и необходимость ужесточения допуска на настройку (см.

\т

рис. 6.13) 6Н= 6' —f e .

ыт

Окончательно получаем:

В общем виде

L»=— у ^ - ± 0 , 5 6 н.

При обработке внешних размеров следует настраивать инструмент на Z.„min, так как по мере обработки инструмент изнашивается, а получаемый размер увеличивается. Таким образом, процесс поднастройки — это восста­ новление первоначально установленного настроечного размера.

Процесс поднасгройки можно проводить вручную. В этом случае на­ строечный параметр LHустанавливается методом пробных проходов и про­ меров. Оборудование считается настроенным к работе, если после 3— 5 пробных операций параметр Ья будет в пределах допуска на настройку 6„.

Поднастройка может проводиться автоматически, автоподналадчика­ ми. В этом случае время для поднастройки оборудования выбирается при­ нудительно, например, через два часа. Это время устанавливается на основе статистических диаграмм. Однако этот метод имеет погрешность в ту или иную сторону: поднастройка проведена раньше — экономически не выгод­ но, если чуть позже — возможен брак. Оптимальным следует считать поднасгройку оборудования по реально замеряемому параметру с использова­ нием активного контроля над технологическими режимами. Можно исполь­ зовать датчики, контролирующие линейные размеры, усилия, температуру, давление, и по мере выхода этих параметров за пределы установленных до­ пуском границ оборудование либо останавливается, либо дается звуковой или световой сигнал на ручную поднастройку, либо поднастройка прово­

209

6. Основы проектирования ТП в производстве ЗА

дится автоматически без участия рабочего, т. е. существует АСУ, обеспечи­ вающая ведение ТП без брака. Такие системы удерживают ТП в определен­ ном допуске, обеспечивая управляемый ТП.

6.5. К ач ество поверхности деталей

Качество поверхности полупроводниковых пластин, дискет и т. п. оценивается с геометрической и физической точек зрения. С геометриче­ ской точки зрения качество определяется неровностями, выступами и впа­ динами реальной поверхности; с физической точки зрения — отклонением свойств верхних слоев материала от свойств материала сердцевины.

Если рассмотреть реальную деталь в разрезе (рис. 6.14), то можно вы­ делить рельефный слой, который определяет геометрические отклонения от идеального поверхностного слоя; трещиноватый слой, в котором нарушена целостность поверхности; пластически деформированный слой; напряжен­ ный, упругодеформированный слой. На рис. 6.14 Н — высота дефектного слоя, величина его определяется способом обработки. Чем грубее обработ­ ка, тем дефектный слой больше. К причинам появления дефектного слоя следует отнести упругие, пластические деформации и деформации разруше­ ния, которые имеют место в процессе обработки; нагрев поверхностного

Макронеровность

(отклонение от плоскости)

Волнистость

Трещиноватый

слой

Пластически н деформированный

слой

Напряженный

слои

Нормальная

структура

(сердцевина)

Рис. 6.14. Схема сечения детали после обработки

2 1 0

6.5. Качество поверхности деталей

слоя; химические явления, которые имеют место в зоне обработки: окисле­ ние, образование других химических соединений.

На поверхности после обработки образуется более прочный накле­ панный слой. Этот слой отличается от материала сердцевины, и чтобы уменьшить различие, часто используют термообработку (отжиг).

Рассмотрим рельефный слой, который состоит из макронеровно­ стей, волнистости, микронеровностей {шероховатостей) (см. рис. 6.14). Макронеровности — единичные, неповторяющиеся отклонения поверх­ ности (конусность, непараллельность, овальность). Волнистость — пе­ риодически повторяющиеся выступы и впадины на поверхности заготов­ ки или детали. Микронеровности — выступы и впадины на небольших участках поверхности.

Оценка шероховатости (качества поверхности) проводится на основе микронеровностей, которые в ГОСТе определяются четырнадцатью класса­ ми шероховатостей: 1-й класс — грубый; 14-й класс — наиболее точный (поверхности обработанных полупроводниковых пластин).

Оценка шероховатости ведется по высоте микронеровностей Rz или по среднеарифметическому размеру микронеровностей Ra.

Обозначения шероховатости на чертежах:

—знак обозначения шероховатости в общем виде;

—знак обозначения шероховатости при обработке со снятием стружки;

У— знак обозначения шероховатости без снятия стружки в состоянии

Припуск А на обработку — это слой материала, подлежащий удале­ нию в процессе обработки (рис. 6.15). Минимальное значение припуска должно обеспечивать удаление микронеровностей и дефектного слоя, полу­ чаемого при предшествующей обработке. Припуск бывает промежуточным и общим.

После удаления общего припуска получают необходимый размер де­ тали Хд-8- Если припуск А удаляется не сразу, а постепенно — сначала предварительная (черновая) обработка, а затем окончательная (чистовая) обработка, то общий припуск разбивается на несколько промежуточных. При этом предварительный припуск должен быть как можно ббльшим, что-

211